曾 敏（華自科技股份有限公司，湖南 長沙 410205）

安村水電站增效擴容工程改造

曾 敏
（華自科技股份有限公司，湖南 長沙 410205）

結(jié)合農(nóng)村水電站增效擴容改造的背景，對安村水電站調(diào)速器、勵磁、監(jiān)控系統(tǒng)、保護裝置、直流系統(tǒng)的改造進行了詳細介紹。圖8幅。

水電站；增效擴容；技術(shù)改造

0　引 言

根據(jù)全國農(nóng)村水電增效擴容改造專項計劃，將對1995年以前建成的老舊小型水電站進行技術(shù)改造，任務(wù)十分艱巨。由于這些農(nóng)村水電站建成時間長，設(shè)備老化，效能逐年衰減，不僅浪費水能資源，影響河流生態(tài)環(huán)境，還帶來安全隱患。增容改造將有效改善電站周邊生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)村生產(chǎn)、生活方式轉(zhuǎn)變，有利于加快城鄉(xiāng)一體化建設(shè)步伐。

1　工程概況

安村水利水電工程是1座中型工程，位于江西省遂川縣南支 （左溪河）上游湯湖鄉(xiāng)白土村 ，距縣城68 km，是縣內(nèi)最大的國有骨干電站，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、灌溉等綜合效益。其主要建筑物按3級設(shè)計，次要建筑物按4級設(shè)計，臨時建筑物按5級設(shè)計，壩址以上集水面積135 km2，多年平均降水量1 743.7mm，多年平均來水量1.498億m3，多年平均流量4.75 m3/s。水庫正常蓄水位與設(shè)計洪水位 （P=2%）相同，均為430.00 m，校核洪水位 （P=0.2%）430.90 m，死水位406 m，總庫容1 965萬 m3，有效庫容1 420萬m3，死庫容465萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫。設(shè)計洪水時最大泄洪流量671 m3/s，校核洪水時最大泄洪量935 m3/s。

工程主要建筑物有攔河壩、引水隧洞、發(fā)電廠房、升壓站，攔河壩為混凝土砌塊石雙曲拱壩 ，最大壩高67.0 m，發(fā)電引水隧洞布于左岸，全長3 506 m。電站引用流量13.2 m3/s，裝機容量3×4 MW，保證出力2.104 MW，年利用小時數(shù)3 008.3 h，多年平均電能3 610萬kW·h。

近年來，由于機組性能降低、氣蝕嚴(yán)重、故障增多、發(fā)電機絕緣等級低導(dǎo)致機組限出力運行，造成棄水和電能損耗大。電站采用常規(guī)繼電器組成的保護和控制，接線復(fù)雜，繼電器運行多年后不穩(wěn)定，常發(fā)生接點誤動作。采用手動準(zhǔn)同期裝置 ，控制自動化程度不高；線路老化嚴(yán)重。多年來，主要機電設(shè)備大多未進行技術(shù)改造，均存在不同程度的老化、損壞，效率下降嚴(yán)重，存在安全隱患，不能滿足電站高效、安全、穩(wěn)定運行要求。

2　改造設(shè)計要點

電站為引水式年調(diào)節(jié)電站，裝有3臺混流式水輪發(fā)電機組，發(fā)電機出口電壓6.3 kV，電氣主接線采用二機一變擴大單元和發(fā)變組接線方式，6.3 kV母線分段運行。2臺 （1號主變?nèi)萘繛? 000 kVA，2號主變?nèi)萘繛?0 000 kVA）電壓變比均為121 kV/ 38.5 kV/6.3 kV的3圈變壓器。電站以1回110 kV出線到遂川縣城，1回35 kV出線到左安，1回35 kV備用線路，4回10 kV線路分別為大壩、湯湖、高坪以及備用供電。6.3 kV配電設(shè)備均為戶內(nèi)配電裝置，高壓開關(guān)柜型號為KYN28A型。110、35、10 kV配電設(shè)備為戶外配電裝置，安裝于戶外升壓站。2臺廠用變壓器 （型號為S11—200 kVA）分別接至6.3 kV兩段母線上，0.4 kV廠用低壓開關(guān)屏和機旁動力屏為MNS型。

本次增效擴容改造機組臺數(shù)不變 ，裝機容量擴容到4 200 kW，年利用小時數(shù)增加到3 162.5 h，多年平均電能增加到3 795萬kW·h。機組調(diào)速器改造為微機調(diào)速裝置，勵磁系統(tǒng)改造為微機勵磁。監(jiān)控方面改造為微機監(jiān)控，常規(guī)繼電器保護改為微機保護裝置，硅整流電容儲能直流系統(tǒng)改造為高頻開關(guān)直流系統(tǒng)。

2.1調(diào)速器改造

原調(diào)速器系統(tǒng)只能進行手動調(diào)節(jié) ，無法滿足機組自動化控制的需求，且設(shè)備老化，技術(shù)落后，已超過使用年限。本次改造采用華自科技YWT系列數(shù)字式微機調(diào)速器，它是結(jié)合國內(nèi)外先進技術(shù)，運用現(xiàn)代成熟的液壓技術(shù)和數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的1種高油壓調(diào)速器。它與電站二次回路或計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，可完成水輪發(fā)電機組的增減負荷、開機、停機、緊急停機等任務(wù)；并可以和其他裝置一起完成自動發(fā)電控制，按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。它的可靠性和調(diào)節(jié)品質(zhì)能完全滿足電站 “無人值班 （少人值守）”的要求。該調(diào)速器采用全新的設(shè)計思想 ，突破了這些年來一成不變的電氣—機械/液壓轉(zhuǎn)換元件+主配壓閥的經(jīng)典形式。因此調(diào)速器的設(shè)計、結(jié)構(gòu)配置、制造工藝、裝配發(fā)生了根本性的變化。采用了現(xiàn)代液壓成熟技術(shù)，由高速開關(guān)閥 （數(shù)字閥）組件實現(xiàn)先導(dǎo)級的液壓控制，由邏輯控制閥組件+功率集成閥直接驅(qū)動接力器，結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性得到有效提高。同時，進行元件—組件—回路的多層次組合與優(yōu)化設(shè)計，進而實現(xiàn)調(diào)速器的所有功能 （見圖1、圖2）。

2.2勵磁改造

原勵磁系統(tǒng)只能進行手動調(diào)節(jié)，無法滿足機組自動化控制的需求，且設(shè)備老化，技術(shù)落后，已超過使用年限。本次改造采用華自科技PWL—2B雙微機三通道自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)是華自科技最新研制成功的PWL系列微機勵磁控制系統(tǒng)的第三代產(chǎn)品。目前在全球范圍內(nèi)有著數(shù)百套系統(tǒng)的優(yōu)良的運行業(yè)績。PWL—2B雙微機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)在設(shè)計上包含了PWL系列產(chǎn)品的核心技術(shù)，同時還吸收了目前數(shù)字勵磁控制領(lǐng)域內(nèi)最先進的研究成果和工藝，增加了許多新的先進方法和手段，如高速數(shù)字信號處理技術(shù)、多處理器的應(yīng)用技術(shù)、獨特的控制算法和多種調(diào)試手段以及更為人性化的人機交互界面等。PWL—2B雙微機勵磁系統(tǒng)所有的功能部件全部標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)的設(shè)計工作，簡化了制造工藝，縮短了交貨周期；同時也便于系統(tǒng)檢驗、調(diào)試、維護和備件備用、更換等工作（見圖3、圖4）。

圖1　原調(diào)速器

圖2　改造后的微機勵磁系統(tǒng)

圖3　原勵磁屏

圖4　改造后的微機勵磁屏

2.3監(jiān)控系統(tǒng)改造

微機監(jiān)控系統(tǒng)采用華自科技MTC系統(tǒng)。MTC系統(tǒng)是面向水利水電工程監(jiān)控與自動化應(yīng)用而研制開發(fā)的全新的分布開放計算機控制系統(tǒng) ，它結(jié)合了當(dāng)前國內(nèi)外最新計算機硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實時工業(yè)控制與未來發(fā)展趨勢，具有良好的可靠性、可變性、可擴充性和可移植性。MTC系統(tǒng)具有獨立自主的版權(quán)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，組態(tài)能力強 ，具有國際同期先進水平，滿足電站 “無人值班 （少人值守）”的要求。

本站采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分兩層：廠站控制層以及現(xiàn)地控制單元層。兩層之間采用以太網(wǎng)總線，構(gòu)成高可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信采用高性能的網(wǎng)絡(luò)交換機進行連接，LCU與交換機間的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為光纖，具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力 （見圖5、圖6）。

圖5　原監(jiān)控系統(tǒng)

圖6　改造后的微機監(jiān)控系統(tǒng)

2.4保護裝置改造

原采用的二次監(jiān)測、控制、信號系統(tǒng)多為老式非定型產(chǎn)品，制造不規(guī)范，靈敏度、可靠性、安全性較差?？刂啤⒈Ｗo、測量等二次設(shè)備與一次設(shè)備的容量不匹配；且采用常規(guī)的繼電器式保護和手動控制方式 ，誤差較大，保護系統(tǒng)經(jīng)常誤動、拒動，已不能保障電站安全可靠穩(wěn)定運行。本次改造采用華自科技微機保護裝置DMP300系列裝置，具體配置如下：

110kV線路配置：距離保護裝置DMP361C+后備保護裝置DMP362C+測量裝置裝置DMP314C。

35 kV線路和10 kV線路配置：線路保護測控裝置DMP311C。

主變配置：差動保護裝置DMP371C+高后備保護測控裝置DMP372C+中后備保護測控裝置DMP321C+低后備保護測控裝置DMP321C。

發(fā)電機配置：差動保護裝置DMP320CF+后備保護測控裝置DMP321CF。

廠用變配置：廠用變保護測控裝置DMP324C。

裝置采用密閉抗干擾式保護與監(jiān)控一體化單元機箱，集中安裝在保護屏上。保護裝置采用以太網(wǎng)/RS—485通信接口，實現(xiàn)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通信。保護裝置具有完善的事件記錄功能 ，保護動作報告、開關(guān)量變位、自檢結(jié)果、定值改動、錄波數(shù)據(jù)均有記錄，可實時傳送至后臺監(jiān)控。保護裝置具有故障錄波功能，能有效地記錄故障發(fā)生時刻的波形。保護裝置除可實時顯示電流、電壓、頻率、功率及各種事件信息外，還可顯示接線圖，顯示界面可通過前面板的RS—232接口在線組態(tài)。按鍵操作簡單，中英文操作界面，多級用戶權(quán)限管理 ，便于現(xiàn)場運行維護人員操作。

2.5直流系統(tǒng)改造

電站原采用硅整流電容儲能直流系統(tǒng) ，本次改造為高頻開關(guān)直流系統(tǒng)，該系統(tǒng)為華自科技HZD200系列，采用高頻開關(guān)電源模塊組成充電裝置，主要用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶 （如發(fā)電廠、變電站、配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產(chǎn)等），適用于斷路器分、合閘及二次回路的儀器、儀表、繼電保護和事故照明的供電。

直流系統(tǒng)由充電屏、饋電屏、電池屏組成，當(dāng)充電裝置容量較小且饋出線回路較少時 ，充電屏和饋電屏可以合并安裝在1個充饋電屏內(nèi)。進線電源采用兩路交流輸入，可完成兩路交流輸入的主備切換和互鎖，充電裝置具有N+1冗余備份，輸出電壓平穩(wěn)。整個系統(tǒng)采用全方位的智能化管理 ，可靠性和穩(wěn)定性大大提高。饋出線回路配置9回20 A控制出線，6回100 A的合閘出線。

直流系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和豐富的告警功能，并有友好的人機界面。當(dāng)系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠在第一時間發(fā)出警報，通知值班人員去處理，并能準(zhǔn)確定位故障，減少了查找故障時間。系統(tǒng)有記憶功能，通過監(jiān)控屏和按鍵，可以查找前一段時間的故障記錄 ，方便值班人員對整個配電系統(tǒng)的檢修維護 （見圖7、圖8）。

圖7　原直流系統(tǒng)

圖8　高頻開關(guān)直流系統(tǒng)

3　結(jié) 語

總之，電站增效擴容改造可以消除安全隱患，確保安全穩(wěn)定運行，并提高電站的運行管理水平，降低工作強度。同時，還可以充分利用水能資源，增加發(fā)電量，提高生產(chǎn)效率 ，促進電站可持續(xù)發(fā)展。

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-03-24

曾 敏 （1983-），男，助理工程師，主要從事水電站電氣自動化系統(tǒng)的研發(fā)工作。

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